JP6997372B2 - Dry etching method and etching equipment - Google Patents
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Description
本発明は、β-ジケトンを含むエッチングガスを用いて金属膜をエッチングする技術に関する。 The present invention relates to a technique for etching a metal film using an etching gas containing β-diketone.
半導体デバイスの製造過程において、配線材料、メタルゲート材料、電極材料、又は磁性材料として、基板上に成膜された金属膜をエッチングすることがある。 In the process of manufacturing a semiconductor device, a metal film formed on a substrate may be etched as a wiring material, a metal gate material, an electrode material, or a magnetic material.
半導体デバイスの微細化に伴い、金属膜をエッチングして微細な構造を形成するために、金属膜のエッチングを高度に制御することが求められるようになってきている。具体的には、ウエハの面内においてエッチング量のばらつきが1nm以下に抑えられるように金属膜をエッチングすること、エッチング後の金属膜表面のラフネスを制御すること、金属膜を選択的にエッチングすること等について検討されている。このような高度なエッチング制御を行うためには、薬液によって金属膜をエッチングするウエットエッチングでは困難であり、ガスによって金属膜をエッチングするドライエッチングが検討されている。 With the miniaturization of semiconductor devices, it is required to highly control the etching of the metal film in order to etch the metal film to form a fine structure. Specifically, the metal film is etched so that the variation in the etching amount is suppressed to 1 nm or less in the plane of the wafer, the roughness of the surface of the metal film after etching is controlled, and the metal film is selectively etched. Things are being considered. In order to perform such advanced etching control, it is difficult to perform wet etching in which a metal film is etched with a chemical solution, and dry etching in which a metal film is etched with a gas has been studied.
例えば、特許文献1には、水及びアルコールの少なくともいずれか一方を含んでいるβ-ジケトンを含むエッチングガスにより基板上に形成された薄膜を基板温度300℃以上、好ましくは450℃以上でエッチングして、前記基板の表面を露出させるエッチング工程を具備するエッチング方法が記載されている。また、特許文献2には、β-ジケトンを含み、水又は過酸化水素を1~20体積%含むエッチングガスを用いて、100℃以上350℃以下の温度領域でβ-ジケトンと金属との錯体を形成することによって金属膜をエッチングする方法が記載されている。特許文献2には、金属膜を構成する金属の例として、亜鉛、コバルト、ハフニウム、鉄、マンガン、バナジウム等が挙げられている。特許文献2によれば、水又は過酸化水素を添加することで、酸素を用いる場合よりも金属膜をエッチングする速度が速くなるとされている。
For example, in Patent Document 1, a thin film formed on a substrate by an etching gas containing β-diketone containing at least one of water and alcohol is etched at a substrate temperature of 300 ° C. or higher, preferably 450 ° C. or higher. Further, an etching method including an etching step for exposing the surface of the substrate is described. Further,
また、基板上の金属膜を微細にエッチングする方法ではないが、半導体デバイスの製造工程に使用される成膜装置内に付着した金属膜をドライクリーニングする方法として、β-ジケトンを用いる方法が提案されている。 Further, although it is not a method of finely etching the metal film on the substrate, a method of using β-diketone is proposed as a method of dry cleaning the metal film adhering to the film forming apparatus used in the manufacturing process of the semiconductor device. Has been done.
例えば、特許文献3には、β-ジケトンとNOx(NO、N2Oのいずれか)とを含むクリーニングガスを、200~400℃、好ましくは250~370℃の温度範囲内にある金属膜と反応させることにより、成膜装置に付着した金属膜を除去するドライクリーニング方法が記載されている。特許文献3には、金属膜を構成する金属の例として、ニッケル、マンガン、鉄、コバルト等が挙げられている。特許文献3によれば、NOxを用いることで、酸素を用いる場合よりも金属膜をエッチング除去できる温度範囲が広くなるとされている。 For example, Patent Document 3 describes a metal film containing a cleaning gas containing β-diketone and NO x (any of NO and N2O) in a temperature range of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C. A dry cleaning method for removing the metal film adhering to the film forming apparatus by reacting with the above is described. In Patent Document 3, nickel, manganese, iron, cobalt and the like are mentioned as examples of the metal constituting the metal film. According to Patent Document 3, the use of NO x widens the temperature range in which the metal film can be removed by etching as compared with the case of using oxygen.
特許文献3に記載されているβ-ジケトンとNOx(NO、N2Oのいずれか)を含むクリーニングガスを、金属膜のエッチングガスとして使用することが考えられる。しかしながら、本発明者が検討を行った結果、β-ジケトンガスを基板に供給して金属膜をエッチング処理する場合、金属の持つ触媒効果によってβ-ジケトンが分解され、処理後の基板に炭素を主成分とする膜(以下、カーボン膜と記載する)が残留する場合や、被処理体である半導体デバイスの構造にダメージを与える場合があった。本発明者らは、NOxガスを添加ガスとして用いる場合、エッチング時の基板の温度を低くすることで、カーボン膜の形成や被処理体へのダメージを抑制できることを見出したが、同時に金属膜のエッチング速度も低下してしまうという問題点があった。 It is conceivable to use the cleaning gas containing β-diketone and NO x (any of NO and N2O) described in Patent Document 3 as the etching gas for the metal film. However, as a result of the study by the present inventor, when β-diketone gas is supplied to the substrate and the metal film is etched, the β-diketone is decomposed by the catalytic effect of the metal, and carbon is mainly contained in the treated substrate. In some cases, the film as a component (hereinafter referred to as carbon film) remains, or in some cases, the structure of the semiconductor device to be treated is damaged. The present inventors have found that when NO x gas is used as an additive gas, the formation of a carbon film and damage to the object to be processed can be suppressed by lowering the temperature of the substrate during etching, but at the same time, the metal film can be suppressed. There was a problem that the etching rate of the above was also lowered.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属膜をエッチングする速度を向上させることが可能な方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of improving the etching speed of a metal film.
本発明者らは、β-ジケトンを利用して金属膜をエッチングする際に、NOなどの酸化性のガスだけでなく、水なども添加することにより、エッチング速度が高まることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have found that when etching a metal film using β-diketone, the etching rate is increased by adding not only oxidizing gas such as NO but also water and the like, and the present invention has been made. It came to.
本発明のエッチング方法は、基板上の金属膜に、エッチングガスを、100℃以上350℃以下の温度領域で接触させてエッチングするドライエッチング方法であって、前記エッチングガスはβ-ジケトンと第一添加ガスと第二添加ガスを含み、前記金属膜が、前記β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素を含み、前記第一添加ガスが、NO、N2O、O2及びO3からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスであり、前記第二添加ガスが、H2O及びH2O2からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスであり、前記エッチングガスに含まれる前記β-ジケトンの量が前記エッチングガスに対して10体積%以上90体積%以下であり、前記エッチングガスに含まれる前記第二添加ガスの量が前記エッチングガスに対して0.1体積%以上15体積%以下であることを特徴とする。 The etching method of the present invention is a dry etching method in which an etching gas is brought into contact with a metal film on a substrate in a temperature range of 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and the etching gas is β-diketone and the first. The metal film contains an added gas and a second added gas, the metal film contains a metal element capable of forming a complex with the β-diketone, and the first added gas is composed of NO, N2O , O2 and O3. The β- which is at least one gas selected from the group and the second added gas is at least one gas selected from the group consisting of H 2 O and H 2 O 2 and is contained in the etching gas. The amount of the diketone is 10% by volume or more and 90% by volume or less with respect to the etching gas, and the amount of the second added gas contained in the etching gas is 0.1% by volume or more and 15% by volume with respect to the etching gas. It is characterized by the following.
本発明によれば、金属膜をエッチングする速度を向上させることが可能な方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method capable of improving the etching rate of a metal film.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention.
(金属膜のエッチング方法)
本発明は、基板上の金属膜を、エッチングガスを用いてエッチングするドライエッチング方法であって、エッチングガスが、β-ジケトンと第一添加ガスと第二添加ガスを含み、金属膜が、β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素を含むことを特徴とするドライエッチング方法である。
(Etching method for metal film)
The present invention is a dry etching method in which a metal film on a substrate is etched using an etching gas. The etching gas includes β-diketone, a first additive gas, and a second additive gas, and the metal film is β. -A dry etching method characterized by containing a metal element capable of forming a complex with a diketone.
本発明において、金属膜を含む処理対象物を配置したエッチング装置内にエッチングガスを導入し、加熱した状態の処理対象物の金属膜にエッチングガスを接触させると、β―
ジケトンと金属原子が金属錯体を生成する。この金属錯体は蒸気圧が高いため、金属錯体が気化することにより金属膜を除去することができる。本発明は、エッチングガス中に第一添加ガスと第二添加ガスを含むことで、金属膜のエッチング速度を高速化することを特徴としている。
In the present invention, when an etching gas is introduced into an etching apparatus in which an object to be processed containing a metal film is arranged and the etching gas is brought into contact with the metal film of the object to be processed in a heated state, β-
The diketone and the metal atom form a metal complex. Since this metal complex has a high vapor pressure, the metal film can be removed by vaporizing the metal complex. The present invention is characterized in that the etching rate of the metal film is increased by including the first additive gas and the second additive gas in the etching gas.
本発明では、酸化性を持つ第一添加ガスが金属膜を酸化し、さらに、β-ジケトンと金属膜を構成する金属原子と結合して金属錯体を形成可能な第二添加ガスを加えることで、エッチング速度が高速化すると考えられる。 In the present invention, the first additive gas having an oxidizing property oxidizes the metal film, and further, the second additive gas capable of combining β-diketone and the metal atom constituting the metal film to form a metal complex is added. , It is considered that the etching speed will be increased.
なお、本発明においてエッチング速度の測定には、エッチング後の被処理体の重さと処理前の被処理体の重さとの差(重量変化)と、金属膜の比重から、単位時間当たりの膜厚の減少量(nm/min)を求める方法を用いた。 In the present invention, the etching rate is measured by measuring the film thickness per unit time from the difference (weight change) between the weight of the object to be etched after etching and the weight of the object to be processed before treatment and the specific gravity of the metal film. The method of determining the amount of decrease (nm / min) was used.
本発明のドライエッチング方法の対象となる金属膜は、β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素で成膜される。具体的には、Co、Fe、Ni、Zn、Hf、V及びCuからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素が挙げられる。金属膜は上記の元素の何れか一種類からなる膜のみならず複数の元素で構成された金属膜でもよい。例えば、NiSi、CoSi、HfSi、NiCo、FeCo、CoPt、MnZn、NiZn、CuZn、FeNiなどの金属、及びそれらの酸化物膜が挙げられる。中でも、Coが含まれる金属膜に対して、本発明は有効である。なお、本発明において、基材は、公知の半導体基板やガラス基板等を用いることができる。 The metal film to be the target of the dry etching method of the present invention is formed of a metal element capable of forming a complex with β-diketone. Specifically, at least one element selected from the group consisting of Co, Fe, Ni, Zn, Hf, V and Cu can be mentioned. The metal film may be not only a film composed of any one of the above elements but also a metal film composed of a plurality of elements. For example, metals such as NiSi, CoSi, HfSi, NiCo, FeCo, CoPt, MnZn, NiZn, CuZn, FeNi, and oxide films thereof can be mentioned. Above all, the present invention is effective for a metal film containing Co. In the present invention, a known semiconductor substrate, glass substrate, or the like can be used as the substrate.
第一添加ガスとしては、NO、N2O、O2及びO3からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスである。また、第二添加ガスとしては、H2O及びH2O2からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスである。 The first added gas is at least one gas selected from the group consisting of NO, N2O , O2 and O3. The second added gas is at least one gas selected from the group consisting of H 2 O and H 2 O 2 .
本発明に用いるβ-ジケトンとしては、例えば、ヘキサフルオロアセチルアセトン、トリフルオロアセチルアセトン、アセチルアセトン等が挙げられ、1種類だけでなく2種類以上の複数の種類を用いることができる。特に、高速にエッチング可能な点で、ヘキサフルオロアセチルアセトン、トリフルオロアセチルアセトンが好適である。金属膜のエッチング速度はエッチングガス中に含まれるβ-ジケトンの濃度上昇と共に上昇する。但し、β-ジケトンの蒸気圧が低く、成膜装置内で液化が生じる可能性が懸念される場合には、希釈ガスにより適宜濃度を調整することが好ましい。 Examples of the β-diketone used in the present invention include hexafluoroacetylacetone, trifluoroacetylacetone, acetylacetone and the like, and not only one type but also two or more types can be used. In particular, hexafluoroacetylacetone and trifluoroacetylacetone are suitable because they can be etched at high speed. The etching rate of the metal film increases as the concentration of β-diketone contained in the etching gas increases. However, when the vapor pressure of β-diketone is low and there is a concern that liquefaction may occur in the film forming apparatus, it is preferable to adjust the concentration appropriately with a diluting gas.
エッチングガス中に含まれるβ-ジケトンの含有率は、十分なエッチング速度を得る観点から、エッチングガス組成中において、10体積%以上90体積%以下とすることが好ましく、30体積%以上60体積%以下であることがより好ましい。 The content of β-diketone contained in the etching gas is preferably 10% by volume or more and 90% by volume or less, preferably 30% by volume or more and 60% by volume or less, in the etching gas composition from the viewpoint of obtaining a sufficient etching rate. The following is more preferable.
エッチングガス中に含まれる第一添加ガスの含有率は、十分なエッチング速度を得る観点から、エッチングガス組成中において、0.01体積%以上10体積%以下とすることが好ましく、0.05体積%以上8体積%以下であることがより好ましく、0.1体積%以上5体積%以下であることがさらに好ましい。 The content of the first added gas contained in the etching gas is preferably 0.01% by volume or more and 10% by volume or less in the etching gas composition from the viewpoint of obtaining a sufficient etching rate, and is preferably 0.05 volume by volume. It is more preferably% or more and 8% by volume or less, and further preferably 0.1% by volume or more and 5% by volume or less.
エッチングガス中に含まれる第二添加ガスの含有率は、エッチングガス組成中において、0.1体積%以上15体積%以下であり、0.5体積%以上10質量%以下であることが好ましく、2体積%以上8質量%以下であることがより好ましい。なお、エッチングガス中に含まれる第二添加ガスのβ-ジケトンに対する割合は、0.5体積%以上50体積%以下であることが好ましく、1体積%以上20体積%以下であることがより好ましい。 The content of the second added gas contained in the etching gas is preferably 0.1% by volume or more and 15% by volume or less, preferably 0.5% by volume or more and 10% by volume or less in the etching gas composition. It is more preferably 2% by volume or more and 8% by volume or less. The ratio of the second added gas contained in the etching gas to β-diketone is preferably 0.5% by volume or more and 50% by volume or less, and more preferably 1% by volume or more and 20% by volume or less. ..
さらに、エッチングガス中には、β-ジケトン、第一添加ガス、第二添加ガスに加えて、N2、He、Ar、Ne、Kr等の不活性ガスを添加することも可能である。不活性ガスを添加する場合、適当な濃度に希釈して使用すれば濃度は限定されるものではないが、エッチングガス組成中において、通常、1体積%以上90体積%以下、好ましくは10体積%以上80体積%以下、より好ましくは30体積%以上50体積%以下の含有率で使用される。 Further, in addition to the β-diketone, the first added gas, and the second added gas, an inert gas such as N2 , He, Ar, Ne, or Kr can be added to the etching gas. When an inert gas is added, the concentration is not limited if it is diluted to an appropriate concentration and used, but in the etching gas composition, it is usually 1% by volume or more and 90% by volume or less, preferably 10% by volume. It is used at a content of 80% by volume or more, more preferably 30% by volume or more and 50% by volume or less.
(エッチング装置)
本発明のドライエッチング方法は、例えば、図1に示すような半導体製造工程に使用される一般的なエッチング装置を使用することにより実現することができる。一実施形態において、本発明に係るエッチング装置100は、例えば、β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素を含む金属膜が形成された基材(被処理体112)を配置する処理容器110と、処理容器110に接続してβ-ジケトンを供給するβ-ジケトン供給部130と、第一添加ガスを供給する第一添加ガス供給部140と、第二添加ガスを供給する第二添加ガス供給部150と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部160と、処理容器110を加熱する加熱手段170と、を備える。ガス流量の制御部(図示せず)はβ-ジケトン供給部130、第一添加ガス供給部140、第二添加ガス供給部150などと接続し、β-ジケトンなどを被処理体112に供給するようにバルブの制御信号を出力する。
(Etching device)
The dry etching method of the present invention can be realized, for example, by using a general etching apparatus used in the semiconductor manufacturing process as shown in FIG. In one embodiment, the etching apparatus 100 according to the present invention includes, for example, a
処理容器110は、被処理体112を配置するために、載置部111を具備する。処理容器110は、使用するβ-ジケトンに対する耐性があり、所定の圧力に減圧できるものであれば特に限定されるものではないが、通常、半導体のエッチング装置に備えられた一般的な処理容器などが適用される。また、エッチングガスを供給する供給管やその他の配管などもβ-ジケトンに対する耐性にあるものであれば特に限定されるものではなく一般的なものを使用することができる。
The
処理容器110には、β-ジケトン供給部130が接続する。β-ジケトン供給部130は、配管121を介して、β-ジケトンを処理容器110に供給する。図1において、バルブ135と流量調整手段133により、β-ジケトンの供給量が調整され、配管131から配管121に供給される。また、希釈ガスとして不活性ガスが、不活性ガス供給部160より、バルブ165と流量調整手段163により、供給量が調整され、配管161から配管121に供給される。また、第一添加ガス供給部140は、バルブ145と流量調整手段143で供給量を調整して、第一添加ガスを配管141から配管121に供給する。さらに、第二添加ガス供給部150は、バルブ155と流量調整手段153で供給量を調整して、第二添加ガスを配管151から配管121に供給する。
The β-
エッチング装置100において、β-ジケトンは、不活性ガス供給部160から供給される不活性ガスにより所定の濃度に希釈され、第一添加ガス供給部140から供給される第一添加ガス、第二添加ガス供給部150から供給される第二添加ガスと所定の濃度で混合した状態で、処理容器110に供給されることが好ましい。但し、β-ジケトンは不活性ガスにより希釈されなくても良い。
In the etching apparatus 100, the β-diketone is diluted to a predetermined concentration by the inert gas supplied from the inert
処理容器110の外部には、処理容器110を加熱する加熱手段170が配設される。また、載置部111の内部には、第2の加熱手段として、ヒーター(図示せず)を備えてもよい。なお、複数の載置部を処理容器110に配置する場合は、載置部毎にヒーターを備えることにより、それぞれの載置部を個別に所定の温度に設定することができる。
A heating means 170 for heating the
処理容器110の一方には、反応後のガスを排出するためのガス排出手段が配設される。ガス排出手段の真空ポンプ173により、配管171aを介して処理容器110から反応後のガスが排出される。反応後のガスは、配管171aと171bの間に配設された液体窒素トラップ175により回収される。配管171aと171bには、バルブ177aとバルブ177bを配設して、圧力を調整することができる。また、図1中、PI123及び125は、圧力計であり、その指示値を基に制御部が各流量調整手段及び各バルブを制御することができる。
One of the
エッチング装置100を例として、具体的にエッチング方法を説明する。β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素を含む金属膜が形成された基材(被処理体112)を配置する。真空ポンプ173により、処理容器110、配管121、配管131、配管141、配管151、配管161、液体窒素トラップ175、配管171a及び171bの内部を所定の圧力まで真空置換後、加熱手段170により、被処理体112を加熱する。所定の温度に到達したら、β-ジケトン供給部130と第一添加ガス供給部140と第二添加ガス供給部150と不活性ガス供給部160とからβ-ジケトンと第一添加ガスと第二添加ガスと希釈ガスを所定の流量で配管121に供給する。
The etching method will be specifically described by taking the etching apparatus 100 as an example. A base material (processed body 112) on which a metal film containing a metal element capable of forming a complex with β-diketone is formed is arranged. The inside of the
希釈されたβ-ジケトンと添加剤は所定の組成で混合され、処理容器110に供給される。混合されたエッチングガスを処理容器110内に導入しながら、処理容器110内部を所定の圧力に制御する。所定の時間エッチングガスと金属膜を反応させることにより、金属膜のエッチングを行う。本発明ではプラズマレスでエッチング可能であり、エッチングの際、プラズマ等でのエッチングガスの励起は不要である。
The diluted β-diketone and the additive are mixed in a predetermined composition and supplied to the
エッチング終了後、加熱手段170による加熱を停止し降温するとともに、真空ポンプ173を停止し、真空を開放する。以上により、本発明に係る金属膜のエッチングを行うことができる。
After the etching is completed, the heating by the heating means 170 is stopped to lower the temperature, and the
(エッチング条件)
次に本発明のエッチング方法において、エッチングの際の温度については、錯体が気化可能な温度であればよく、特に、除去対象の金属膜の温度が、100℃以上350℃以下であることが好ましく、150℃以上250℃未満の温度範囲であることがより好ましい。また、エッチング中の処理容器内の圧力は、特に制限されることはないが、通常、0.1kPa以上101.3kPa以下の圧力範囲である。
(Etching conditions)
Next, in the etching method of the present invention, the temperature at the time of etching may be any temperature as long as the complex can be vaporized, and in particular, the temperature of the metal film to be removed is preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. , 150 ° C. or higher and lower than 250 ° C. is more preferable. The pressure in the processing container during etching is not particularly limited, but is usually in the pressure range of 0.1 kPa or more and 101.3 kPa or less.
なお、除去対象の金属膜がコバルトを含み、β-ジケトンがヘキサフルオロアセチルアセトンであり、添加ガスが一酸化窒素である場合、300~400℃程度の高温でエッチングすると、ヘキサフルオロアセチルアセトンが分解してカーボン膜が形成される場合や、素子の構造にダメージを与える場合があるため、被処理体が150℃以上250℃未満に加熱されることが好ましく、200℃以上250℃未満に加熱されることがより好ましく、220℃以上250℃未満に加熱されることがさらに好ましい。上記の温度範囲であれば、充分なエッチング速度を得る観点から、処理容器内の圧力は、20Torr以上300Torr以下(2.67kPa以上39.9kPa以下)であることが好ましく、50Torr以上250Torr以下(6.67kPa以上33.3kPa以下)であることがより好ましく、100Torr以上200Torr以下(13.3kPa以上26.7kPa以下)であることがさらに好ましい。 When the metal film to be removed contains cobalt, the β-diketone is hexafluoroacetylacetone, and the added gas is nitric oxide, etching at a high temperature of about 300 to 400 ° C. decomposes hexafluoroacetylacetone. Since a carbon film may be formed or the structure of the element may be damaged, it is preferable that the object to be treated is heated to 150 ° C. or higher and lower than 250 ° C., and to be heated to 200 ° C. or higher and lower than 250 ° C. Is more preferable, and it is further preferable to heat the temperature to 220 ° C. or higher and lower than 250 ° C. Within the above temperature range, the pressure in the processing vessel is preferably 20 Torr or more and 300 Torr or less (2.67 kPa or more and 39.9 kPa or less), and 50 Torr or more and 250 Torr or less (6) from the viewpoint of obtaining a sufficient etching rate. It is more preferably .67 kPa or more and 33.3 kPa or less), and further preferably 100 Torr or more and 200 Torr or less (13.3 kPa or more and 26.7 kPa or less).
エッチング時間は特に制限されるものではないが、半導体デバイス製造プロセスの効率を考慮すると、60分以内であることが好ましい。ここに、エッチング時間とは、エッチング処理が行われる内部に基板が設置されている処理容器の内部にエッチングガスを導入し、その後、エッチング処理を終える為に処理容器の内のエッチングガスを真空ポンプ等により排気するまでの時間を指す。 The etching time is not particularly limited, but is preferably 60 minutes or less in consideration of the efficiency of the semiconductor device manufacturing process. Here, the etching time means that the etching gas is introduced into the processing container in which the substrate is installed inside the etching process, and then the etching gas in the processing container is vacuum pumped to finish the etching process. It refers to the time until exhausting due to etching.
(被処理体の前処理)
必要に応じて、被処理体の前処理を行っても良い。例えば、除去対象の金属膜がコバルトを含む場合、コバルト自然酸化膜を還元することで、自然酸化膜の厚さによるエッチング速度のばらつきを改善することができる。
(Pretreatment of the object to be processed)
If necessary, pretreatment of the object to be processed may be performed. For example, when the metal film to be removed contains cobalt, the variation in the etching rate due to the thickness of the natural oxide film can be improved by reducing the cobalt natural oxide film.
還元性ガス供給部(図示せず)より、還元性ガスを被処理体112に供給することにより前処理を行うことができる。 Pretreatment can be performed by supplying the reducing gas to the object to be treated 112 from the reducing gas supply unit (not shown).
還元性ガス供給工程において、還元性ガスは、水素ガスに限定されず、例えば、一酸化炭素(CO)、ホルムアルデヒド(HCHO)等のガスを用いることもできる。 In the reducing gas supply step, the reducing gas is not limited to hydrogen gas, and for example, a gas such as carbon monoxide (CO) or formaldehyde (HCHO) can be used.
還元性ガス供給工程においては、水素ガス等の還元性ガスのみが供給されてもよいが、窒素ガス等の希釈ガスによって還元性ガスが希釈されることが好ましい。 In the reducing gas supply step, only the reducing gas such as hydrogen gas may be supplied, but it is preferable that the reducing gas is diluted with a diluting gas such as nitrogen gas.
また、還元性ガス供給工程においては、β-ジケトン及び一酸化窒素ガスは供給されないことが好ましい。具体的には、還元性ガス供給工程において供給されるガスの全量に対するβ-ジケトン及び一酸化窒素ガスの量の割合は、それぞれ、0.01体積%未満であることが好ましく、0.001体積%未満であることがより好ましく、0体積%であることが特に好ましい。 Further, in the reducing gas supply step, it is preferable that β-diketone and nitric oxide gas are not supplied. Specifically, the ratio of the amounts of β-diketone and nitrogen monoxide gas to the total amount of gas supplied in the reducing gas supply step is preferably less than 0.01% by volume and 0.001% by volume, respectively. It is more preferably less than%, and particularly preferably 0% by volume.
還元性ガス供給工程の処理温度は、自然酸化膜を還元可能な温度であれば特に限定されないが、還元性ガス供給工程の処理温度が低いと、還元反応がほとんど進行しない。また、還元性ガス供給工程の処理温度は高くてもよいが、エッチング装置の運用上、第1混合ガス供給工程の処理温度と同じであることが好ましい。
以上より、還元性ガス供給工程では、被処理体が100℃以上350℃以下に加熱されることが好ましく、150℃以上250℃以下に加熱されることがより好ましく、200℃以上250℃以下に加熱されることがさらに好ましい。
The treatment temperature of the reducing gas supply step is not particularly limited as long as it is a temperature at which the natural oxide film can be reduced, but if the treatment temperature of the reducing gas supply step is low, the reduction reaction hardly proceeds. Further, although the processing temperature in the reducing gas supply step may be high, it is preferable that the processing temperature is the same as the processing temperature in the first mixed gas supply step in terms of operation of the etching apparatus.
From the above, in the reducing gas supply step, the object to be treated is preferably heated to 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. It is more preferable to be heated.
還元性ガス供給工程において、還元性ガスの流量は、処理容器の容積に依存する。還元性ガス供給工程において、処理容器内の圧力は特に限定されないが、例えば10~500Torr(1.33~66.5kPa)の範囲で装置に合わせて適宜設定すればよい。 In the reducing gas supply step, the flow rate of the reducing gas depends on the volume of the processing container. In the reducing gas supply step, the pressure in the processing container is not particularly limited, but may be appropriately set in the range of, for example, 10 to 500 Torr (1.33 to 66.5 kPa) according to the apparatus.
還元性ガス供給工程の処理時間は、基板に形成した金属膜の成膜方法等に応じて適宜調整すればよい。 The processing time of the reducing gas supply step may be appropriately adjusted according to the method of forming the metal film formed on the substrate and the like.
(充填済み容器)
本発明のβ-ジケトン供給部130には、図2に示すような密閉容器201中にβ-ジケトンを充填したβ-ジケトン充填済み容器200を使用できる。β-ジケトン充填済み容器200は、液体状態のβ-ジケトンを密閉容器201に充填して得られ、密閉容器201中ではβ-ジケトンは液相213と気相211に分かれている。密閉容器201には、β-ジケトンの充填と取出が可能な取出口203が取り付けられており、気相211のβ-ジケトンをガス状態で供給することができる。なお、β-ジケトン充填済み容器200からガス状態のβ-ジケトンを供給する場合、β-ジケトン充填済み容器200を加熱し、液相213のβ-ジケトンの揮発熱を補う必要がある。
(Filled container)
As the β-
また、密閉容器201に充填する液体状態のβ-ジケトン中のβ-ジケトン含有量(純度)は、99質量%以上が好ましく、99.5質量%以上がより好ましく、99.9質量%以上がさらに好ましい。液体状態のβ-ジケトン中のβ-ジケトン含有量(純度)をガスクロマトグラフィーにて測定することができる。 The β-diketone content (purity) in the liquid β-diketone filled in the closed container 201 is preferably 99% by mass or more, more preferably 99.5% by mass or more, and 99.9% by mass or more. More preferred. The β-diketone content (purity) in the liquid β-diketone can be measured by gas chromatography.
(半導体デバイス)
本発明に係るエッチング方法は、従来の半導体デバイスの金属膜に所定のパターンを形成するためのエッチング方法として使用可能である。本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るエッチング方法によりエッチングした金属膜を用いることにより、安価に製造することができる。このような半導体デバイスとして、例えば、太陽電池、ハードディスクドライブ、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ、相変化型メモリ、強誘電体メモリ、磁気抵抗メモリ、抵抗変化型メモリ、MEMS等を挙げることができる。
(Semiconductor device)
The etching method according to the present invention can be used as an etching method for forming a predetermined pattern on a metal film of a conventional semiconductor device. The semiconductor device according to the present invention can be manufactured at low cost by using a metal film etched by the etching method according to the present invention. Examples of such semiconductor devices include solar cells, hard disk drives, dynamic random access memory, phase change type memory, ferroelectric memory, magnetoresistive memory, resistance change type memory, MEMS and the like.
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。金属膜のエッチング試験において、エッチングガス中の水含有量とエッチング速度との関係について検討した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited to such examples. In the etching test of the metal film, the relationship between the water content in the etching gas and the etching rate was investigated.
まず、純度99.9質量%以上の液体状態のヘキサフルオロアセチルアセトン(HFAc)を、密閉容器に充填し、β-ジケトン充填済み容器を得た。 First, hexafluoroacetylacetone (HFAc) in a liquid state having a purity of 99.9% by mass or more was filled in a closed container to obtain a container filled with β-diketone.
エッチング装置は、図1に示したエッチング装置100に準じ、被処理体112としてコバルト箔(形状2cm×2cm、厚さ0.1mm)を用いた。また、前述のβ-ジケトン充填済み容器を、β-ジケトン供給装置に使用した。 As the etching apparatus, a cobalt foil (shape 2 cm × 2 cm, thickness 0.1 mm) was used as the object to be processed 112 according to the etching apparatus 100 shown in FIG. In addition, the above-mentioned β-diketone-filled container was used for the β-diketone supply device.
処理容器110及び配管121、配管131、配管141、配管151、配管161、液体窒素トラップ175、配管171a及び171bの内部を10Pa未満まで真空置換後、加熱手段170及び載置部111の内部に配設したヒーターにより載置部111に乗せてある、重さを測定した被処理体を加熱した。加熱手段170及び載置部111の内部に配設したヒーターが220℃に達したことを確認後、図示しない水素ガス供給部より水素ガス10sccmを圧力50Torrで5分間供給し、前処理である還元ガス供給工程を行った。前処理終了後再び10Pa未満まで真空置換した後、β-ジケトンと第一添加ガスと第二添加ガスと不活性ガスを所定の流量で配管121に供給することで、エッチングガスを処理容器110内に導入しながら、処理容器110内部を所定の圧力に制御した。導入開始後、所定時間経過した後、エッチングガスの導入を停止し、処理容器110内部を真空開放後、被処理体を取り出して重さを測定し、試験前後の被処理体の重量変化に基づく厚さの減少量とエッチング時間よりエッチング速度を算出した。
After vacuum replacing the inside of the
本実施例のエッチング試験において、被処理体の温度は220℃、導入するエッチングガスの総量は100sccm、第一添加ガスはNO、第二添加ガスはH2O、希釈ガスはN2、圧力は100Torr、エッチング時間は2.5分とした。 In the etching test of this example, the temperature of the object to be treated is 220 ° C., the total amount of etching gas to be introduced is 100 sccm, the first added gas is NO, the second added gas is H 2 O, the diluted gas is N 2 , and the pressure is. The etching time was 2.5 minutes at 100 Torr.
表1に、実施例および比較例における各エッチング条件のエッチング速度について示した。また、図3に、エッチングガス中の水含有量と、エッチング速度との関係を示した。 Table 1 shows the etching rates of each etching condition in Examples and Comparative Examples. Further, FIG. 3 shows the relationship between the water content in the etching gas and the etching rate.
図3より、エッチングガスに第二添加ガスを加えた実施例1~6においては、加えなかった比較例1のエッチング速度に対して、エッチング速度が21nm/min以上であり、2倍程度以上に高まった。特に、水含有量が2~8体積%である実施例3~5において、エッチング速度が特に高くなった。なお、各実施例及び比較例において、被処理体の温度が220℃と低いことから、カーボン膜の生成は確認されなかった。 From FIG. 3, in Examples 1 to 6 in which the second added gas was added to the etching gas, the etching rate was 21 nm / min or more, which was about twice or more the etching rate of Comparative Example 1 in which the second added gas was not added. It has risen. In particular, in Examples 3 to 5 in which the water content was 2 to 8% by volume, the etching rate was particularly high. In each Example and Comparative Example, the formation of a carbon film was not confirmed because the temperature of the object to be treated was as low as 220 ° C.
100 エッチング装置
110 処理容器
111 載置部
112 被処理体
121 配管
130 β-ジケトン供給部
131 配管
133 流量調整手段
135 バルブ
140 第一添加ガス供給部
141 配管
143 流量調整手段
145 バルブ
150 第二添加ガス供給部
151 配管
153 流量調整手段
155 バルブ
160 不活性ガス供給部
161 配管
163 流量調整手段
165 バルブ
170 加熱手段
171a、b 配管
173 真空ポンプ
175 液体窒素トラップ
177a、b バルブ
200 β-ジケトン充填済み容器
201 密閉容器
203 取出口
211 気相
213 液相
100
Claims (14)
前記エッチングガスが、β-ジケトンと第一添加ガスと第二添加ガスを含み、
前記金属膜が、前記β-ジケトンと錯体を形成可能な金属元素を含み、
前記第一添加ガスが、NO、N2O、O2及びO3からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスであり、
前記第二添加ガスが、H2O及びH2O2からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスであり、
前記エッチングガスに含まれる前記β-ジケトンの量が、前記エッチングガスに対して10体積%以上90体積%以下であり、
前記エッチングガスに含まれる前記第二添加ガスの量が、前記エッチングガスに対して0.1体積%以上15体積%以下であり、
前記エッチングの前に、基板上の金属膜に、還元性ガスを供給する前処理工程を含むことを特徴とするドライエッチング方法。 A dry etching method in which an etching gas is brought into contact with a metal film on a substrate in a temperature range of 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower to perform etching.
The etching gas contains β-diketone, a first additive gas and a second additive gas, and contains
The metal film contains a metal element capable of forming a complex with the β-diketone.
The first added gas is at least one gas selected from the group consisting of NO, N2O , O2 and O3.
The second added gas is at least one gas selected from the group consisting of H 2 O and H 2 O 2 .
The amount of the β-diketone contained in the etching gas is 10% by volume or more and 90% by volume or less with respect to the etching gas.
The amount of the second added gas contained in the etching gas is 0.1% by volume or more and 15% by volume or less with respect to the etching gas.
A dry etching method comprising a pretreatment step of supplying a reducing gas to a metal film on a substrate before the etching.
前記エッチングガスに含まれるH2Oガスの量が、前記エッチングガスに対して0.5体積%以上10体積%以下であり、
前記エッチングガスを、150℃以上250℃未満の温度領域で、前記金属膜と接触させることを特徴とする請求項1に記載のドライエッチング方法。 The metal film contains cobalt, and the etching gas contains hexafluoroacetylacetone as a β-diketone, NO as the first added gas, and H2O as the second added gas.
The amount of H2O gas contained in the etching gas is 0.5% by volume or more and 10% by volume or less with respect to the etching gas.
The dry etching method according to claim 1, wherein the etching gas is brought into contact with the metal film in a temperature region of 150 ° C. or higher and lower than 250 ° C.
前記還元性ガスの流量は、前処理工程における処理容器内の圧力が1.33~66.5kPaの範囲となるように制御される請求項1~10のいずれか1項に記載のドライエッチング方法。The dry etching method according to any one of claims 1 to 10, wherein the flow rate of the reducing gas is controlled so that the pressure in the processing container in the pretreatment step is in the range of 1.33 to 66.5 kPa. ..
β-ジケトンを前記被処理体に供給するβ-ジケトン供給部と、
NO、N2O、O2及びO3からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスである第一添加ガスを前記被処理体に供給する第一添加ガス供給部と、
H2O及びH2O2からなる群から選ばれる少なくとも1種のガスである第二添加ガスを前記被処理体に供給する第二添加ガス供給部と、
前記β-ジケトンと前記第一添加ガスと前記第二添加ガスを、前記β-ジケトン及び前記第二添加ガスの量が、被処理体に供給されるガスの合計に対して、それぞれ10体積%以上90体積%以下及び0.1体積%以上15体積%以下であるように、100℃以上350℃以下の温度領域に加熱した前記被処理体に供給するように制御信号を出力する制御部と、
還元性ガスを前記被処理体に供給する還元性ガス供給部と、を備え、
前記制御部は、前記β-ジケトンと前記第一及び第二添加ガスを被処理体に供給する前に、前記還元性ガスを前記被処理体に供給するようにバルブの制御信号を出力することを特徴とするエッチング装置。 A mounting portion provided in a heatable treatment container and on which a material to be treated having a metal film formed on the surface is placed,
The β-diketone supply unit that supplies the β-diketone to the object to be treated,
A first added gas supply unit that supplies the first added gas, which is at least one gas selected from the group consisting of NO, N 2 O, O 2 and O 3 , to the object to be treated, and the first added gas supply unit.
A second additive gas supply unit that supplies a second additive gas, which is at least one gas selected from the group consisting of H 2 O and H 2 O 2 , to the object to be treated, and a second additive gas supply unit.
The amount of the β-diketone, the first added gas and the second added gas is 10% by volume, respectively, with respect to the total amount of the β-diketone and the second added gas to be supplied to the object to be treated. A control unit that outputs a control signal to supply the object to be processed heated to a temperature range of 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower so as to be 90% by volume or less and 0.1% by volume or more and 15% by volume or less. ,
A reducing gas supply unit for supplying the reducing gas to the object to be treated is provided .
The control unit outputs a valve control signal so as to supply the reducing gas to the object to be processed before supplying the β-diketone and the first and second added gases to the object to be processed. Etching device characterized by that.
前記還元性ガスの流量は、前処理工程における処理容器内の圧力が1.33~66.5kPaの範囲となるように制御される請求項13に記載のエッチング装置。The etching apparatus according to claim 13, wherein the flow rate of the reducing gas is controlled so that the pressure in the processing container in the pretreatment step is in the range of 1.33 to 66.5 kPa.
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